DE10012250B4 - Contact materials based on silver-iron-copper - Google Patents

Abstract

Kontaktwerkstoffe auf Basis Silber-Eisen-Kupfer und gegebenenfalls weiteren oxidischen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 5 Gew.-% Eisen und 5 bis 10 Gew.-% Kupfer enthalten, wobei das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,5 bis 3 liegt.Contact materials based on silver-iron-copper and optionally further oxidic additives characterized in that 2 to 5 wt .-% iron and 5 to 10 wt .-% copper, wherein The relationship the content of copper to iron is in the range of 1.5 to 3.

Description

Die Erfindung betrifft Kontaktwerkstoffe auf Basis Silber-Eisen-Kupfer und daraus hergestellte elektrische Schaltkontakte.The The invention relates to contact materials based on silver-iron-copper and electrical switch contacts made therefrom.

Werkstoffe für elektrische Kontakte der Energietechnik bestehen in der Regel aus Silber und bestimmten metallischen und/oder oxidischen Zusätzen und werden überwiegend auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt.materials for electrical Contacts of power engineering are usually made of silver and certain metallic and / or oxidic additives and are predominantly produced by powder metallurgy.

Das Anwendungsprofil derartiger Kontaktwerkstoffe wird maßgeblich vom Schaltgerätetyp, der Höhe des Schaltstromes und der elektrischen Belastungsart bestimmt. Aus den Einsatzbedingungen leiten sich generelle Forderungen nach niedrigem elektrischen Verschleiß, also hoher Abbrandfestigkeit und geringer Verschweißkraft bei gleichzeitig niedrigem Kontaktwiderstand, ab.The Application profile of such contact materials becomes relevant of the switching device type, the height of the Switching current and the type of electrical load determined. From the Operating conditions are general demands for low electrical wear, So high erosion resistance and low welding force at simultaneously low contact resistance.

Für an Luft schaltende Schütze der Niederspannungs/Starkstrom-Technik dominiert im Schaltstrombereich 100 bis 3000 A der Einsatz von Werkstoffen auf Basis Silber-Zinnoxid. Für maximale Schaltströme im Bereich 10³ bis 10⁵ A finden vorzugsweise die Verbundwerkstoffe Ag/W, Ag/WC und Ag/C Verwendung. Bei geringeren Schaltströmen bis 100 A sind Ag-Ni-Werkstoffe mit etwa 10 bis 40% Nickel dominierend.For contactors of low-voltage / high-current technology switching on air, the use of materials based on silver-tin oxide dominates in the switching current range of 100 to 3,000 A. For maximum switching currents in the range 10 ³ to 10 ⁵ A are preferably the composite materials Ag / W, Ag / WC and Ag / C use. At lower switching currents up to 100 A, Ag-Ni materials with around 10 to 40% nickel are dominant.

Derartige Kontaktwerkstoffe weisen in ihrem jeweiligen spezifischen Einsatzbereich eine akzeptable Abbrandfestigkeit sowie eine ausreichende Sicherheit gegenüber Einschaltverschweißungen und vergleichsweise geringe Materialwanderung bei gleichzeitig niedrigem Kontaktwiderstand und günstigem Übertemperaturverhalten sowie praxisgerechte Verarbeitungs- und Fügeeigenschaften auf.such Contact materials point in their respective specific field of application an acceptable erosion resistance and sufficient safety across from Einschaltverschweißungen and comparatively low migration of material at the same time low Contact resistance and favorable over-temperature behavior as well as practical processing and joining properties.

Die Verbesserung der Verarbeitungs- und Kontakteigenschaften dieser Kontaktwerkstoffe sowie die Erweiterung ihres Anwendungsumfanges ist ständige Motivation für weitere Werkstoff- und Technologieentwicklungen. Dabei stehen Variationen der metallischen und oxidischen Zusätze und der Herstelltechnologie im Vordergrund.The Improvement of the processing and contact properties of these Contact materials and the extension of their scope of application is permanent Motivation for further material and technology developments. There are variations metallic and oxidic additives and manufacturing technology in the foreground.

Die Auswahl insbesondere der Oxidkomponenten erfolgte vorrangig mit dem Ziel der Verbesserung der genannten Kontakteigenschaften, also der Reduzierung des spezifischen Abbrandes, des Kontaktwiderstandes, der Übertemperatur sowie der Schweißkraft und Schweißhäufigkeit, als Voraussetzung für hohe Belastbarkeit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Kontaktsystems.The Selection in particular of the oxide components was predominantly with the goal of improving the said contact properties, ie the reduction of the specific burnup, the contact resistance, the overtemperature as well as the welding force and welding frequency, as a condition for high load capacity, durability and reliability of the contact system.

Typische Zusätze für Kontaktwerkstoffe auf Siberbasis sind beispielsweise CdO, SnO₂, ZnO, Fe₂O₃, W, WC und Graphit.Typical additives for Siber-based contact materials are, for example, CdO, SnO ₂ , ZnO, Fe ₂ O ₃ , W, WC and graphite.

Diese beeinflussen vorrangig die Abbrandfestigkeit und die Verschweißneigung des Silbers und werden je nach Einsatzgebiet (Stärke des Schaltstroms, Gleichstrom/Wechselstrom, Schaltgerätetyp) gewählt. Zur Verbesserung des gegenüber dem reinen Silber zumeist schlechteren Übertemperaturverhaltens dieser Werkstoffe werden teilweise weitere Additive eingesetzt.These primarily affect the erosion resistance and the tendency to weld depending on the field of application (strength of the switching current, DC / AC, Switches type) selected. to Improvement of the opposite the pure silver mostly poorer over-temperature behavior of these materials sometimes additional additives are used.

Grundlagen hierzu finden sich etwa in K.-H. Schröder, Werkstoffe für elektrische Kontakte und ihre Anwendungen, Expert Verlag, 1997 und P. G. Slade, Electrical Contacts Principles and Applications, Marcel Dekker Inc., 1999.Basics this can be found for example in K.-H. Schröder, materials for electrical Contacts and their applications, Expert Verlag, 1997 and P.G. Slade, Electrical Contacts Principles and Applications, Marcel Dekker Inc., 1999th

Übliche Verfahrenstechnologien zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen auf Silberbasis sind die pulvermetallurgische Mischtechnik, die innere Oxidation von Legierungspulvern bzw. Kompaktkörpern unter erhöhtem Sauerstoffpartialdruck sowie die chemisch-reduktive Fällung einzelner oder aller Komponenten des Materials beziehungsweise Werkstoffs.Usual process technologies for the production of contact materials based on silver are the powder metallurgical mixing technique, the internal oxidation of alloy powders or compact bodies under increased Oxygen partial pressure and the chemical-reductive precipitation of individual or all components of the material or material.

Die pulvermetallurgische Mischtechnik beinhaltet das mechanische Homogenisieren von festen Einsatzstoffen in Pulverform, zumeist nur des Silbers und des Zusatzes, oft aber auch weiterer Additive oder Sinterhilfen, in einem Mischer. Die Methode kann sowohl trocken als auch naß (etwa mit Wasser, Alkohol etc.) angewendet werden, ist jedoch begrenzt auf Pulver mit Korngrößen von größer 1 μm.The powder metallurgical mixing technology includes mechanical homogenization of solid feedstocks in powder form, mostly only of silver and the additive, but often also other additives or sintering aids, in a mixer. The method can be both dry and wet (about with water, alcohol, etc.), but is limited on powder with particle sizes of greater than 1 μm.

Die innere Oxidation ist ein Verfahren, bei dem die Bildung des oxidischen Zusatzes entweder an einem aus der Schmelze verdüsten Legierungspulver oder an dem pulvermetallurgisch oder schmelzmetallurgisch herstellten Endprodukt erfolgt. Diese Technik ist am weitesten verbreitet bei Ag-CdO-Werkstoffen. Diese ist jedoch nur unter Einsatz spezieller weiterer Maßnahmen bei den anderen typischerweise verwendeten Oxiden einsetzbar. Bei erfolgreicher Unterbindung äußerer Oxidationserscheinungen, die zur Passivierung des Prozesses führen können, sind Oxidpartikel mit Teilchengrößen um 100 nm einstellbar.The internal oxidation is a process in which the formation of the oxide additive either on a melt-atomized alloy powder or on the powder metallurgy or Schmelzmet Metallur gisch produced final product takes place. This technique is most widely used in Ag-CdO materials. However, this can only be used with the aid of special further measures for the other typically used oxides. If oxidation phenomena are successfully prevented, which can lead to the passivation of the process, oxide particles with particle sizes of around 100 nm can be set.

Bei Verfahren der chemisch-reduktive Fällung werden Komponenten des Werkstoffes aus einer ionogenen Lösung ausgefällt. Dies kann entweder die vollständige Fällung aller Werkstoffkomponenten einschließlich der Oxide betreffen, oder es wird Silbers auf in wässriger Lösung suspendierte Komponenten aufgefällt. Bei der ersten Variante ist die sich einstellende Verteilung der Komponenten abhängig von der Reaktionskinetik. Bei der zweiten Variante ist die Partikelgröße der suspendierten Komponenten bestimmend für die mikrostrukturelle Feinheit des Endproduktes.at Processes of chemical-reductive precipitation become components of Material precipitated from an ionic solution. This can either be the full precipitation of all material components, including oxides, or it turns silver into a watery one solution Suspended suspended components. at The first variant is the self-adjusting distribution of the components dependent from the reaction kinetics. In the second variant, the particle size of the suspended Determining components for the microstructural fineness of the final product.

Die genannten unterschiedlichen Verfahren bewirken prozeßbedingt unterschiedliche Strukturausbildungen der metallischen und oxidischen Phasen in der Silbermatrix und damit signifikante Veränderungen der strukturabhängigen Material- und damit der Verarbeitungs- und der Kontakteigenschaften, die nach Größe und Tendenz kaum vorhersehbar sind.The mentioned different methods cause process different structural formations of metallic and oxidic Phases in the silver matrix and thus significant changes the structure dependent Material and thus the processing and the contact properties, the size and tendency are hardly predictable.

Die vornehmlich für den Einsatz im unteren Schaltstrombereich, insbesondere bis etwa 100 A, konzipierten und dort immer noch dominierenden AgNi-Werkstoffe werden inzwischen aus Gründen des Umwelt- und Gesundheitsschutzes als bedenklich angesehen und bedürfen deshalb des Ersatzes durch unbedenkliche aber technisch möglichst gleichwertige Kontaktwerkstoffe.The especially for the use in the lower switching current range, in particular to about 100 A, designed and still dominant AgNi materials are now for reasons of environmental and health protection considered to be of concern and need therefore of replacement by harmless but technically possible equivalent contact materials.

Aus dem Stand der Technik sind alternative Werkstoffe zu den AgNi-Werkstoffen bekannt. Diese basieren auf dem System Silber-Eisen und können metallische und oxidische Zusatzkomponenten enthalten.Out In the prior art alternative materials to the AgNi materials known. These are based on the silver-iron system and can be metallic and additional oxide components.

In EP 0 294 693 A2 wird die Verwendung eines Silber-Eisen-Werkstoffs für elektrische Kontakte beschrieben, der neben Silber und 3 bis 30 Gew.% Eisen auch 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der Zusätze Kupfer, Zink, Mangan, Antimon, Wolframoxid, Molybdänoxid, Wismutoxid und Chromnitrid enthält. Diese Werkstoffe zeigen jedoch bei guter Lebensdauer ein gegenüber vergleichbaren Silber-Nickel-Werkstoffen schlechteres Übertemperaturverhalten.In EP 0 294 693 A2 describes the use of a silver-iron material for electrical contacts, which in addition to silver and 3 to 30 wt.% Iron also 0.05 to 5 wt.% Of one or more of the additives copper, zinc, manganese, antimony, tungsten oxide, Molybdenum oxide, bismuth oxide and chromium nitride contains. However, these materials show a good life compared to comparable silver-nickel materials worse overtemperature behavior.

In DE 196 07 183 C1 werden Silberwerkstoffe mit 0,5 bis 20 Gew.% Eisen, den metallischen Zusätzen Zink, Kupfer, Mangan, Rhenium, Iridium und Ruthenium und/oder den oxidischen Zusätzen Wolframoxid, Molybdänoxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid, und Zirkonoxid beschrieben. Die Besonderheit besteht in der Verwendung eines speziellen Eisenpulvers, dessen Partikel im Ausgangszustand und im Sinterkörper einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,25 Gew.% und eine Vickers Mikrohärte von mehr als 200 HV aufweisen müssen. Unter diesen Bedingungen besitzen die Werkstoffe günstige Verarbeitungseigenschaften und bei elektrischen Schaltgeräteprüfungen unter AC-4 Last nach DIN VDE 0660 ein mit AgNi20 vergleichbares Verhalten.In DE 196 07 183 C1 are described silver materials with 0.5 to 20 wt.% Iron, the metallic additives zinc, copper, manganese, rhenium, iridium and ruthenium and / or the oxide additives tungsten oxide, molybdenum oxide, zinc oxide, aluminum oxide, indium oxide, silicon oxide, and zirconium oxide. The peculiarity consists in the use of a special iron powder whose particles in the initial state and in the sintered body must have a carbon content of more than 0.25% by weight and a Vickers microhardness of more than 200 HV. Under these conditions, the materials have favorable processing properties and in the case of electrical switchgear tests under AC-4 load according to DIN VDE 0660 a behavior comparable to AgNi20.

In DE 39 11 904 A1 wird die pulvermetallurgische Herstellung eines Kontaktwerkstoffes auf Silberbasis beschrieben, welcher 5 bis 50 Gew.% Eisen und 0 bis 5 Gew.% eines weiteren Nebenbestandteils enthält, der auch Kupfer sein kann.In DE 39 11 904 A1 the powder metallurgical production of a silver-based contact material is described, which contains 5 to 50 wt.% Iron and 0 to 5 wt.% Of a further secondary component, which may also be copper.

Die technischen Anwendungsmöglichkeiten derartiger Kontaktwerkstoffe, die vorzugsweise auf dem System Silber-Eisen-Kupfer basieren, sind größtenteils sehr beschränkt, da einzelne, von Fall zu Fall unterschiedliche Kontakteigenschaften dem Anforderungsprofil der Schaltgerätetechnik nicht oder nur bedingt genügen. Das Betrifft vor allem unzureichendes Übertemperaturverhalten infolge der Bildung widerstandserhöhender Deckschichten sowie zu geringe Abbrandfestigkeit unter speziellen Lastbedingungen. Für die Weiterentwicklung dieser Werkstoffe besteht demnach ein besonderer Bedarf.The technical applications such contact materials, which are preferably based on the system silver-iron-copper, are mostly very limited, because individual, on a case by case different contact properties the requirement profile of the switching device technology not or only conditionally suffice. This mainly concerns insufficient over-temperature behavior due to the formation of resistance increasing Surface layers and too low erosion resistance under special Load conditions. For the further development of these materials is therefore a special one Requirement.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabenstellung zugrunde, nickelfreie Kontaktwerkstoffe auf Basis Silber-Eisen für den Schaltstrombereich bis maximal 100 A aufzufinden, die die Nachteile der bekannten Alternativen zu üblichen AgNi-Kontaktwerkstoffen nicht aufweisen und die hinsichtlich Abbrandfestigkeit, Verschweißsicherheit, Kontaktwiderstand, Übertemperatur und Verarbeitungseigenschaften den in diesem Anwendungsbereich üblichen AgNi-Werkstoffen zumindest vergleichbar sind und insbesondere bezüglich dem Übertemperaturverhalten bessere Eigenschaften aufweisen als bekannte Ag-Fe-Cu-Systeme.Of the The present invention was therefore based on the task Nickel-free contact materials based on silver-iron for the switching current range up to maximum 100 A find the disadvantages of the known alternatives to usual AgNi contact materials and not in terms of erosion resistance, welding reliability, Contact resistance, overtemperature and processing properties that are common in this field of application AgNi materials are at least comparable and in particular with respect to the over-temperature behavior have better properties than known Ag-Fe-Cu systems.

Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nickelfreie Kontaktwerkstoffe auf Basis Silber-Eisen-Kupfer für den Schaltstrombereich bis maximal 100 A bereitzustellen, die bezüglich dem Übertemperaturverhalten bessere Eigenschaften aufweisen als der in EP-B-0 294 693 offenbarte Silber-Eisen-Werkstoff. Especially It was an object of the present invention, nickel-free contact materials based on silver-iron-copper for provide the switching current range up to a maximum of 100 A, with respect to the overtemperature behavior have better properties than that disclosed in EP-B-0 294 693 Silver-iron material.

Untersuchungen haben ergeben, daß die Wirkung der einzelnen Komponenten in Werkstoffen auf Basis Ag-Fe auf das Kontaktverhalten in Größe und Tendenz sehr unterschiedlich ist. Trotz dieser Komplexität konnten überraschenderweise geeignete, jedoch relativ eng tolerierte Werkstoffzusammensetzungen im System Ag-Fe-Cu gefunden werden, die dem zitierten Anforderungsprofil hinsichtlich Abbrandfestigkeit, Übertemperatur, Verschweißsicherheit und Verarbeitungseigenschaften entsprechen.investigations have shown that the Effect of the individual components in materials based on Ag-Fe on the contact behavior in size and tendency is very different. Despite this complexity, surprisingly, suitable, however, relatively tightly tolerated material compositions in the system Ag-Fe-Cu can be found, which respects the cited requirement profile Erosion resistance, overtemperature, welding reliability and processing properties.

Überraschend wurde gefunden, daß sich mit neuen Kontaktwerkstoffen auf Basis Silber-Eisen-Kupfer und gegebenenfalls weiteren oxidischen Zusätzen, die 2 bis 5 Gew.-% Eisen und 5 bis 10 Gew.-% Kupfer enthalten, wobei das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,5 bis 3 liegt, erhebliche Verbesserungen bezüglich der Kontakteigenschaften erzielen lassen.Surprised it was found that with new contact materials based on silver-iron-copper and optionally other oxidic additives, containing 2 to 5 wt .-% iron and 5 to 10 wt .-% copper, wherein The relationship the contents of copper to iron are in the range of 1.5 to 3, significant improvements regarding the contact properties can be achieved.

Gegenstand der Erfindung sind somit Kontaktwerkstoffe auf Basis Silber-Eisen-Kupfer und gegebenenfalls weiteren oxidischen Zusätzen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie 2 bis 5 Gew.-% Eisen und 5 bis 10 Gew.-% Kupfer enthalten, wobei das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,5 bis 3 liegt.object The invention thus relates to contact materials based on silver-iron-copper and optionally further oxidic additives, characterized they are 2 to 5 wt .-% iron and 5 to 10 wt .-% copper, wherein The relationship the content of copper to iron is in the range of 1.5 to 3.

Systematische Untersuchungen an ternären Werkstoffvarianten des Systems Silber-Eisen-Kupfer haben gezeigt, daß mit zunehmendem Eisengehalt die Abbrandfestigkeit in gewünschter Weise steigt, während gleichzeitig die Übertemperatur unerwünscht mit 8 bis 9 K/%Fe zunimmt: Dagegen wird durch Zusatz von Kupfer, das die Benetzbarkeit der auf der Kontaktoberfläche entstehenden silberreichen Schmelzphase fördert, bei etwa gleichbleibendem spezifischen Abbrand die Übertemperatur überraschend um etwa 4 K/%Cu bei mittleren Eisengehalten gesenkt. Aus der unterschiedlichen Wirkung der Elemente Eisen und Kupfer auf das Übertemperaturverhalten folgt für die Temperaturkompensation im System Ag-Fe-Cu mit Gehalten 2 bis 5 Gew.-% Eisen und 5 bis 10 Gew.-% Kupfer die empirische Relation, daß in einem optimierten Kontaktwerkstoff dieser Gattung das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,5 bis 3 liegen sollte. Auf Grund der Tatsache, daß bei zu hohen Kupfergehalten der spezifische Abbrand und der Kontaktwiderstand infolge Bildung oxidischer Deckschichten ansteigen, sollte der Kupfergehalt 10 % nicht überschreiten. Das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen liegt vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 2,3.systematic Studies on ternary Material variants of the system silver-iron-copper have shown that with increasing iron content the erosion resistance in the desired Way increases while at the same time the overtemperature undesirable with 8 to 9 K /% Fe increases: By contrast, by addition of copper, the wettability of the silver-rich surface on the contact surface Promotes melting phase, at about constant specific burnup the overtemperature surprising lowered by about 4 K /% Cu at medium iron levels. From the different Effect of elements iron and copper on the overtemperature behavior follows for the Temperature compensation in the system Ag-Fe-Cu with contents of 2 to 5 wt .-% iron and 5 to 10 wt .-% copper the empirical relation that in a optimized contact material of this genus the ratio of Content of copper to iron should be in the range of 1.5 to 3. Due to the fact that at for high copper contents the specific burnup and the contact resistance As a result of the formation of oxide layers, the copper content should increase Do not exceed 10%. The relationship The contents of copper to iron is preferably in the range of 1.8 to 2.3.

Zur Senkung des spezifischen Abbrandes erweisen sich oxidische Zusätze als zweckmäßig. Dabei wird der Gesamtoxidge halt so bemessen, daß die direkte Fügefähigkeit der Kontaktwerkstoffe durch Widerstandsschweißen auf übliche Kupferwerkstoffe als Kontaktträger gewährleistet ist.to Reduction of the specific burnup turns out to be oxidic additives appropriate. It will the total oxide content is such that the direct ability to join the contact materials by resistance welding on conventional copper materials as contact support guaranteed is.

Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Werkstoffe ergibt sich aus dem experimentellen Befund, daß das Übertemperaturverhalten von Ag-Fe-Cu Werkstoffen dann besonders günstig ist, wenn das Verhältnis von Kupfer zu Eisen um etwa 2 liegt. Die trotzdem nicht für den Einsatz in allen Kleinschützen (kleiner 100 A Nennstrom) ausreichende Abbrandfestigkeit kann nach Einstellung des optimalen Verhältnisses und Anteils von Cu und Fe durch die Zugabe begrenzter Mengen an Oxiden kompensiert werden. Hierbei stehen zwei unterschiedliche Einflüsse des Oxids im Vordergrund, nämlich zum einen die Wirkung des Oxids als abbrandvermindernder Zusatz, und zum anderen dessen thermodynamische Stabilität in der Gegenwart des als Reduktionsmittel wirkenden Eisens. Eine Auswahl an Oxiden nach der erstgenannten Wirkung ist etwa Zinkoxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Kupferoxid, Galliumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid, und Indiumoxid, Zinnoxid, Kupferoxid, Galliumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid und Indiumoxid. Die Auswahl nach der zweitgenannten Wirkung beschränkt sich jedoch, je nach Herstellbedingungen, im wesentlichen auf Zinkoxid, Eisenoxid und Indiumoxid. Die zuzugebende Menge an Oxid wird durch die zu erzielende Steigerung der Abbrandfestigkeit und die als Obergrenze geltende Schweißbarkeit des Kontaktstückes gegeben und liegt zweckmäßigerweise bei 0,05 bis 5 Gew.%.The Composition of the materials according to the invention results from the experimental finding that the overtemperature behavior of Ag-Fe-Cu materials is particularly favorable when the ratio of Copper to iron is about 2. Still not for use in all small shooters (smaller 100 A rated current) sufficient erosion resistance can after Setting the optimal ratio and proportions of Cu and Fe by the addition of limited amounts Oxides are compensated. There are two different ones influences of the oxide in the foreground, viz on the one hand, the effect of the oxide as a burn-reducing additive, and on the other hand its thermodynamic stability in the presence of as Reducing agent acting iron. A selection of oxides after the the former effect is about zinc oxide, iron oxide, tin oxide, copper oxide, Gallium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, and indium oxide, tin oxide, copper oxide, Gallium oxide, cerium oxide, yttrium oxide and indium oxide. The selection after however, the second effect is limited, depending on the manufacturing conditions, essentially on zinc oxide, iron oxide and indium oxide. The to be added Amount of oxide is achieved by the increase in the erosion resistance and given the upper limit applicable weldability of the contact piece and is conveniently at 0.05 to 5 wt.%.

Auf Grund der Unlöslichkeit von Eisen sowie der oxidischen Zusätze in Silber werden zweckmäßigerweise diese Werkstoffe mittels pulvermetallurgischer Technologien hergestellt. Dabei ist es möglich, in konventioneller Weise alle Komponenten in Pulverform zu mischen und dann durch Pressen, Sintern, Strangpressen und weitere Formgebung zu verarbeiten.On Reason of insolubility of iron and the oxide additives in silver are suitably These materials are manufactured using powder metallurgical technologies. It is possible in a conventional manner to mix all components in powder form and then by pressing, sintering, extrusion and further shaping to process.

Die erfindungsgemäßen Werkstoffe werden in dem späteren Kontaktwerkstoff entsprechendem Mengenverhältnis vorzugs weise durch Trockenmischen der Pulver hergestellt. Hierbei werden Pulver des Silbers, Eisens und Kupfers mit D₅₀ Korngrößenwerten zwischen 5 und 50 μm und vorzugsweise mit 20 μm verwendet. Das Oxidpulver, vorzugsweise Zinkoxid, Eisenoxid, und Indiumoxid, wird in mit D₅₀ Korngrößenwerten von 1–5 μm eingesetzt. Die Verarbeitung zu Profilen und Drähten, die direkt durch Widerstandsschweißen auf dem Träger befestigt werden, erfolgt durch kaltisostatisches Pressen zur Herstellung eines Bolzens, Sintern des Bolzens und Warmstrangpressen. Das kaltisostatisches Pressen erfolgt typischerweise bei 800 bar. Das Sintern des Bolzens erfolgt zweckmäßigerweise über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden bei 800 °C unter Schutzgasatmosphäre.The materials of the invention are in the subsequent contact material according Men Advantageous ratio, by dry mixing of the powder produced. In this case, powders of silver, iron and copper with D ₅₀ particle size values between 5 and 50 μm and preferably with 20 μm are used. The oxide powder, preferably zinc oxide, iron oxide, and indium oxide, is used in with D ₅₀ grain size values of 1-5 microns. The processing into profiles and wires, which are fixed directly to the carrier by resistance welding, is carried out by cold isostatic pressing to produce a bolt, sintering the bolt and hot extrusion. The cold isostatic pressing is typically carried out at 800 bar. The sintering of the bolt is advantageously carried out over a period of about 2 hours at 800 ° C under a protective gas atmosphere.

Der Eigenschaftvorteil gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Werkstoffen ergibt sich aus dem Vergleich mit den üblicherweise fast ausschließlich eingesetzten Ag-Ni Werkstoffen. Es hat sich hierbei gezeigt, daß mit den erfindungsgemäßen Werkstoffen zumindest gleich gute Schalteigenschaften erzielt werden können. Es werden hiermit Ersatzwerkstoffe für das gesundheitlich und ökologisch bedenkliche Ag-Ni bereitgestellt, die vom Schaltverhalten gleichwertig sind, die mit herkömmlichen Verfahren und somit ohne Kostennachteil hergestellt werden können und die weiterhin ohne zusätzliche Techniken wie Plattieren, lokales Reduzieren oder sonstige Maßnahmen direkt auf dem Träger aufgebracht werden können.Of the Property advantage over the materials described in the prior art results from the comparison with the usual almost exclusively used Ag-Ni materials. It has been shown here that with the materials according to the invention at least the same good switching properties can be achieved. It are hereby replacement materials for the health and ecological critical Ag-Ni provided the equivalent of the switching behavior are that with conventional Procedure and thus can be produced without cost disadvantage and which continues without additional Techniques such as plating, local reduction or other measures directly on the carrier can be applied.

Beispielexample

Es werden erfindungsgemäße Werkstoffe durch Trockenmischen von der Werkstoffzusammensetzung entsprechenden Mengen an Pulvern von Silber, Eisen und Kupfer mit D₅₀ Korngrößenwerten von 20 μm und Oxidpulvern (Zinkoxid, Eisenoxid) mit Korngrößen von etwa 1 μm in Chargen von 6 kg hergestellt. Die Pulvergemische werden bei 800 bar kaltisostatisch zu einem Bolzen verdichtet, diese bei 800 Grad C für 2 Stunden unter Schutzgasatmosphäre gesintert und anschließendem durch Warmstrangpressen als Profil gefertigt. Die so hergestellten Werkstoffe wurden unter AC-1 und AC-3 Schaltlast gemäß DIN VDE 0660 geprüft und das Übertemperaturverhalten sowie das Abbrandverhalten in Abhängigkeit der Zusammensetzung untersucht. Als Vergleich wurde ein Ag-Ni Werkstoff mit 20 Gew.% Ni und zwei Ag-Fe-Werkstoffe nach dem Stand der Technik auf gleiche Weise hergestellt und untersucht. In Tabelle 1 sind die entsprechenden Prüfergebnisse der AC-1 Schaltlast (mittlere Übertemperatur T_ü und spezifischer Abbrand Δm) erfindungsgemäßer Ag-Fe-Cu- und Ag-Fe-Cu-Metalloxid-Werkstoffe dargestellt. Es zeigt sich, daß unter den gewählten Testbedingungen die erfindungsgemäßen Werkstoffe dem standardmäßig verwendeten Werkstoff Ag-Ni20 im wesentlichen entsprechen und zumindest in einer der beiden Eigenschaften gegenüber den Ag-Fe-Werkstoffen verbessert sind.Materials according to the invention are produced by dry blending amounts of powders of silver, iron and copper having D ₅₀ grain size values of 20 μm and oxide powders (zinc oxide, iron oxide) with particle sizes of approximately 1 μm in 6 kg batches corresponding to the material composition. The powder mixtures are cold-isostatically compressed to a pin at 800 bar, sintered at 800 ° C. for 2 hours under a protective gas atmosphere and subsequently produced by hot extrusion as a profile. The materials produced in this way were tested under AC-1 and AC-3 switching load in accordance with DIN VDE 0660 and the overtemperature behavior and burning behavior were investigated as a function of the composition. As a comparison, an Ag-Ni material containing 20% by weight of Ni and two Ag-Fe materials of the prior art were prepared and examined in the same manner. Table 1 shows the corresponding test results of the AC-1 switching load (average excess temperature T _u and specific burnup Δm) of Ag-Fe-Cu and Ag-Fe-Cu metal oxide materials according to the invention. It turns out that under the selected test conditions, the materials according to the invention essentially correspond to the material Ag-Ni20 used as standard and are improved at least in one of the two properties with respect to the Ag-Fe materials.

Tabelle 1

Table 1

Claims (6)

Kontaktwerkstoffe auf Basis Silber-Eisen-Kupfer und gegebenenfalls weiteren oxidischen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 5 Gew.-% Eisen und 5 bis 10 Gew.-% Kupfer enthalten, wobei das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,5 bis 3 liegt.Contact materials based on silver-iron-copper and optionally further oxidic additives, characterized in that they contain 2 to 5 wt .-% iron and 5 to 10 wt .-% copper, wherein the ratio of the contents of copper to iron in the range of 1.5 to 3 lies. Kontaktwerkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,8 bis 2,3 liegt.Contact materials according to claim 1, characterized that this relationship the content of copper to iron ranges from 1.8 to 2.3. Kontaktwerkstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,05 bis 5 Gew.-% an oxidischen Zusätzen aus der Gruppe Zinkoxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Kupferoxid, Galliumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid und Indiumoxid enthalten.Contact materials according to claim 1 or 2, characterized characterized in that they 0.05 to 5 wt .-% of oxidic additives from the group zinc oxide, Iron oxide, tin oxide, copper oxide, gallium oxide, cerium oxide, yttrium oxide and Indium oxide included. Kontaktwerkstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 2 bis 5 Gew.-% Eisen und 5 bis 10 Gew.-% Kupfer, wobei das Verhältnis der Gehalte von Kupfer zu Eisen im Bereich von 1,5 bis 3 liegt, und 0,05 bis 5 Gew.-% an oxidischen Zusätzen aus der Gruppe Zinkoxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Kupferoxid, Galliumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid und Indiumoxid, Rest Silber, bestehen.Contact materials according to claims 1 to 3, characterized that she from 2 to 5 wt .-% iron and 5 to 10 wt .-% copper, wherein the ratio of Contents of copper to iron in the range of 1.5 to 3, and 0.05 to 5 wt .-% of oxidic additives from the group zinc oxide, Iron oxide, tin oxide, copper oxide, gallium oxide, cerium oxide, yttrium oxide and indium oxide, balance silver. Kontaktwerkstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Pulvern des Silbers, Eisens, und Kupfers mit D₅₀ Korngrößenwerten zwischen 5 und 50 μm, vorzugsweise mit 20 μm, erhalten werden.Contact materials according to claims 1 to 4, characterized in that they are obtained from powders of silver, iron, and copper with D ₅₀ grain size values between 5 and 50 μm, preferably 20 μm. Kontaktwerkstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Oxidpulvern mit D₅₀ Korngrößenwerten von 1–5 μm erhalten werden.Contact materials according to claims 1 to 5, characterized in that they consist of oxide powders D ₅₀ grain size values of 1-5 microns are obtained.